ED Netze investiert in eine effiziente Energieverteilung und tauscht über 1.600 Ortsnetztrafos aus. Wie geht das?

Wer in der Nähe einer Trafostation in Südbaden wohnt, konnte dies in den vergangenen Monaten vielleicht beobachten: Da kommt ein Lkw mit einem Trafo auf der Ladefläche, Monteure arbeiten in der Station, es wird ab- und aufgeladen. Was hat es damit auf sich?!?

ED Netze tauscht die Trafos in den Ortsnetzstationen aus.

Gut gesichert werden die Trafos auf dem Lkw der ED Netze transportiert. Foto: ED Netze

 

Das letzte Bindeglied zwischen den Spannungsebenen in der Energieübertragungskette

Trafostationen, die wir alle als kleine Häuschen kennen, sind das letzte Bindeglied in der langen Kette der elektrischen Energieübertragung. Diese erstreckt sich zwischen den Höchstspannungs-Übertragungsnetzen als oberster Spannungsebene und den Niederspannungs-Verteilnetzen als unterster Spannungsebene, aus dem vor allem die Haushalte ihre elektrische Energie beziehen. Trafostationen spannen zwischen 20.000 Volt (kurz 20 Kilovolt = 20 kV) im überlagerten Mittelspannungsnetz und 400 V im Niederspannungsnetz um. Dafür sorgt ein Trafo, der mit einem Gewicht von ein bis zwei Tonnen für Stromnetzbetreiber-Verhältnisse noch zu den kleinen gehört.

 

Wie funktioniert ein Trafo?

Vereinfacht funktioniert ein Trafo so: Eine Oberspannungswicklung wird an das Netz mit der höheren Spannung angeschlossen, in unserem Fall das 20-kV-Netz. Die Unterspannungswicklung mit weniger Windungen wird mit dem Netz niedrigerer Spannung verbunden, dem 400-V-Netz. Beide Wicklungen sind auf einen Eisenkern gewickelt. Gekoppelt über das in diesem Eisenkern geführte Magnetfeld lässt sich durch Induktion Energie zwischen den beiden Wicklungen und damit Spannungsebenen übertragen.

Die Übertragung geschieht nicht ohne Verluste: Erstens weist ein Trafo durch die Magnetisierung des Eisens und den Widerstand der Wicklungen im Leerlauf konstante Verluste auf, die Leerlaufverluste. Zweitens entstehen zusätzlich Verluste in Abhängigkeit der Belastung, die bei Nennbelastung den Kurzschlussverlusten entsprechen.

 

Neue Trafos: effizienter und leiser

ED Netze betreibt in ihrem Netz über 3.000 Ortsnetzstationen zur Versorgung der Niederspannungskunden. Der Netzbetreiber führt den umfassenden Trafo-Generationenwechsel durch, um die Effizienz in der Energieverteilung zu verbessern. Neben einem höheren Wirkungsgrad sind die neuen Trafos deutlich leiser.
Jannick Spahn begleitet den Trafo-Generationenwechsel als Projektverantwortlicher im Team Trafo- und Kabelmontage: „In den vergangenen Monaten seit Beginn des Programms im Jahr 2018 haben wir über 600 Trafos durch neue ersetzt. In den kommenden Jahren wollen wir noch über 1.000 weitere Trafos tauschen. Dabei werden die ältesten und größten Trafos zuerst gewechselt. In diesem Zuge überprüfen wir, ob der neue Trafo in seiner Leistung an den aktuellen Leistungsbedarf angepasst werden kann.“

 

Wie ein Trafotausch abläuft

Ich habe die Kollegen begleitet, als die Ortsnetzstation Weieräcker in Murg an der Reihe war.

Die Trafostation Weieräcker der ED Netze versorgt fast 100 Hausanschlüsse im Murger Wohngebiet.

Die Station Weieräcker der ED Netze versorgt fast 100 Hausanschlüsse im Murger Wohngebiet. Foto: ED Netze

 

Sie versorgt knapp 100 Hausanschlüsse im Niederspannungsnetz und beherbergt einen Trafo aus dem Baujahr 1970 mit einer Scheinleistung von 315.000 Volt-Ampere (kurz 315 Kilovolt-Ampere = 315 kVA; die Scheinleistung kann näherungsweise mit der Wirkleistung in Watt (kurz W) gleichgesetzt werden).

Schritt 1 / 7:00 Uhr: Ersatzversorgung herstellen
Zur Ersatzversorgung verfügt das Niederspannungsnetz der Station Weieräcker über Schnittstellen zu den umliegenden Niederspannungsnetzen in Form von Trennstellen in Kabelverteilerkästen. Bevor der alte Trafo ab- und freigeschaltet werden kann, fährt Matthias Kaiser vom Stützpunkt Herrischried am Morgen zu den Trennstellen und schließt die Niederspannungsnetze zusammen. Er ergänzt: „Haben wir diese Möglichkeit nicht, setzen wir ein großes Notstromaggregat zur Ersatzversorgung ein.“

Kabelverteilerkästen werden zur Ersatzversorgung Trennstellen geschlossen.

In Kabelverteilerkästen werden zur Ersatzversorgung Trennstellen geschlossen. Foto: ED Netze

 

Schritt 2 / 8:00 Uhr: Trafo abrüsten
Die Ersatzversorgung steht und wir können den alten Trafo in der Station Weieräcker abschalten. Die fünf Sicherheitsregeln sind hier oberstes Gebot, um bei den folgenden Arbeiten Gefahren durch die elektrische Spannung zu minimieren. Die elektrischen Verbindungen des Trafos werden nun abgebaut.

Schritt 3 / 9:00 Uhr: Trafos tauschen
Vorsichtig lädt Manfred Büchelin vom Team Trafo- und Kabelmontage den neuen Trafo per Kran vom Lkw ab. Danach kann der alte Trafo aus der Station herausgezogen werden. Das ist ein Kraftakt – denn immerhin bringt der Trafo so viel auf die Waage wie ein Auto, verfügt jedoch nur über kleine Rollen. Danach fahren die Kollegen den neuen Trafo in die Station hinein.

ED Netze tauscht Trafos in den Ortsnetzstationen aus.

Manfred Büchelin lädt den neuen Trafo vom Lkw ab. Foto: ED Netze

 

Mit vereinten Kräften bringen die Kollegen den neuen Trafo an seinen „Arbeitsplatz“.

Mit vereinten Kräften bringen die Kollegen den neuen Trafo an seinen „Arbeitsplatz“. Foto: ED Netze

 

Schritt 4 / 10:00 Uhr: Neuen Trafo anschließen
Die Niederspannungsverbindungen können wir ohne Anpassungen direkt wieder anschließen. Anders sieht es auf der Mittelspannungsseite aus: Der alte Trafo war über Kupferstäbe mit der Mittelspannungsschaltanlage verbunden, wohingegen der neue Trafo per Kabel angeschlossen wird. Felix Mutter und Timo Steinegger vom Team Trafo- und Kabelmontage erzählen: „Bei der Montage von Kabelendverschlüssen und Steckern lassen wir ganz besondere Sorgfalt walten. Jeder Fremdkörper oder Lufteinschluss kann später zu Teilentladungen führen, die die Isolierung nach und nach schädigen und zum Versagen, dem elektrischen Durchschlag, führen können.“

Ein Techniker der ED Netze schließt den neuen Trafo an.

Der neue Trafo wird angeschlossen. Foto: ED Netze

 

Schritt 5 / 12:00 Uhr: Sicherungen einsetzen
Nachdem die elektrischen Arbeiten erledigt sind, können sowohl auf der Mittel- als auch auf der Niederspannungsseite die Trafosicherungen eingesetzt werden. Im Hinblick auf die Energiewende wollen wir die Reserven erhöhen. Daher haben wir uns entschieden, beim Tausch die alte Bemessungsleistung von 315 kVA durch die nächstgrößere von 400 kVA zu ersetzen. Das bedeutet auf der Mittelspannungsseite einen Strom von 25 Ampere (kurz A) inklusive Reserve und auf der Niederspannungsseite einen Strom von 577 A, den es abzusichern gilt.

Schritt 6 / 12:15 Uhr: Zuschalten
Jetzt ist alles so weit, dass die Kollegen die Schalter schließen können und der Trafo in Betrieb gehen kann. Mit einem Einschalt-Rush, der sich in einem stärkeren Brummen in den ersten Sekunden nach einer Zuschaltung bemerkbar macht, begrüßt der neue Trafo die Welt.

Schritt 7 / 12:30 Uhr: Ursprünglichen Schaltzustand wiederherstellen
„Da der neue Trafo den Betrieb aufgenommen hat, kann die Station ihr Niederspannungsnetz ab sofort wieder selbst versorgen“, erläutert Matthias Kaiser. Er öffnet die vor dem Tausch geschlossenen Trennstellen jetzt und stellt damit den ursprünglichen Schaltzustand wieder her.

Schritt 8: Dokumentation
Kollegen im Büro halten unsere Betriebsmittel-Datenbank aktuell und nehmen den neuen Trafo mit seinen technischen Daten auf.

Das Typenschild eines alten Trafos

Das Typenschild eines neuen Trafos

Die alten Typenschilder (oben) und die neuen (unten) beinhalten wichtige Daten der Trafos. Foto: ED Netze

 

Der Trafo-Generationenwechsel ist ein Projekt, bei dem verschiedene Kollegen involviert sind: Monteure wechseln die Trafos und führen die Schaltungen durch, im Büro werden die Datenbanken angepasst. Das Lager beschafft die neuen Trafos und führt die alten dem Recycling zu. Bei den großen Stückzahlen ist das eine ganz schöne logistische Herausforderung. Jannick Spahn fügt hinzu: „Meine Aufgabe ist es, die Dokumentation und den Ablauf im Hintergrund zu organisieren. Oft bin ich selbst beim Trafotausch dabei und dann auch Teil des Teams vor Ort.“

 

Neue Trafos: Erheblich weniger Verlustenergie

Eine wichtige Frage ist natürlich noch offen: Wie viel Verlustenergie spart der neue Trafo im Vergleich zum alten? Wir legen eine Belastung sowohl des alten als auch des neuen Trafos von 200 kVA im Mittel zugrunde. Bei dieser Belastung ergeben sich für den alten Trafo aus dem Baujahr 1970 mit seiner Bemessungsleistung von 315 kVA die Gesamtverluste zu 2320 W. Obwohl der neue Trafo eine größere Bemessungsleistung von 400 kVA hat, weist er Gesamtverluste in Höhe von 1.160 W auf – also nur die Hälfte! Hochgerechnet auf ein Jahr beläuft sich die Einsparung auf über 10.000 kWh.

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